How big is Neutrino de alta energia?

Um neutrino de alta energia é um neutrino que carrega uma quantidade muito grande de energia, como os que chegam à Terra vindos do espaço profundo. Neutrinos são partículas elementares sem carga elétrica e com massa quase nula. Nenhum experimento mediu o tamanho de um neutrino, então o valor mostrado não é uma medição.

Tamanho

A linha de tamanho traz 15 zeptômetros, ou 1,5 × 10⁻²⁰ metros. Um zeptômetro equivale a 10⁻²¹ metros, um milésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de metro. A notação 10⁻²¹ significa 1 dividido por um 1 seguido de 21 zeros. O explorador não informa qual é a energia do seu neutrino de alta energia, e nenhum experimento mediu o tamanho de neutrinos de nenhuma energia.

Para os quarks, os experimentos ao menos estabeleceram um limite superior de tamanho. Para os neutrinos, os físicos nem chegaram a um acordo sobre como um tamanho deveria ser definido. O Particle Data Group, que reúne as medições de partículas feitas no mundo todo, lista limites para uma grandeza chamada raio de carga do neutrino. Ele também observa que o significado dessa grandeza ainda é discutido.

O que se sabe bem é quão raramente os neutrinos interagem com qualquer coisa. Um neutrino sente apenas duas das quatro forças fundamentais, a força fraca e a gravidade. Sem carga elétrica, ele não é empurrado nem puxado por forças elétricas e magnéticas, e não sente a força forte que une os quarks.

Comparações de tamanho

Além da gravidade, um neutrino só pode afetar outra partícula por meio da força fraca, que alcança cerca de 10⁻¹⁸ metros. Isso é menos de um milésimo da largura de um próton, que tem cerca de 1,7 femtômetro (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de largura.
A maioria dos neutrinos atravessa direto toda a Terra, que tem 12.742 quilômetros de largura, sem ser detida.
A chance de uma colisão aumenta com a energia. Um neutrino com energia de 40 TeV (40 trilhões de elétrons-volt, sendo o elétron-volt uma unidade minúscula de energia) percorre, em média, cerca da largura da Terra antes de ser detido por ela.
Para captar os poucos neutrinos que de fato interagem, o detector IceCube, no Polo Sul, monitora um quilômetro cúbico de gelo, com 5.160 sensores de luz suspensos entre 1.450 e 2.450 metros abaixo da superfície.

Neutrinos vindos do espaço

Entre maio de 2010 e maio de 2012, o IceCube registrou 28 eventos de alta energia, bem mais do que os cerca de 11 esperados de partículas geradas na atmosfera da Terra. Os dois mais energéticos carregavam cerca de 1 PeV cada, ou 1.000 TeV. Em 2013, a equipe do IceCube relatou esses eventos como evidência de neutrinos de alta energia vindos do espaço.

Em 13 de fevereiro de 2023, o detector ARCA do telescópio KM3NeT, a 3.450 metros de profundidade no mar Mediterrâneo, ao largo da Sicília, registrou um neutrino com energia estimada em cerca de 220 PeV. Até onde se sabe, em 2026, esse é o neutrino mais energético já observado. Essa única partícula carregava, aproximadamente, tanta energia quanto uma bola de tênis solta de uma altura de 6 centímetros.

Os cientistas acham que esses neutrinos vêm dos lugares mais violentos do universo, como os arredores de buracos negros supermassivos e estrelas em explosão. Ali, partículas chamadas raios cósmicos são aceleradas a energias enormes e podem produzir neutrinos.

Como os neutrinos são capturados

Os neutrinos são a segunda partícula mais comum do universo, depois dos fótons, as partículas de luz. Ainda assim, eles interagem tão raramente que, nas palavras do livro didático Astronomy, da OpenStax, “a Terra é mais transparente para um neutrino do que o vidro mais fino e mais limpo é para um fóton de luz”. Capturá-los exige detectores enormes.

O IceCube e o KM3NeT monitoram enormes volumes de gelo ou água do mar. Quando um neutrino de fato colide com algo, ele gera partículas eletricamente carregadas que emitem um brilho azulado chamado luz de Cherenkov. Os sensores registram esse brilho, e os físicos o usam para calcular a direção e a energia do neutrino.